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由選定的一組基本單位和由定義方程式與比例因數確定的導出單位組成的一系列完整的單位體制。

1 單位制 -名稱

  單位制,system of units

2 單位制 -背景

  由選定的一組基本單位和由定義方程式與比例因數確定的導出單位組成的一系列完整的單位體制。基本單位是可以任意選定的,由於基本單位選取的不同,組成的單位制也就不同,如市制、英制、米制、國際單位制等。
  單位制的形成和發展與科技的進步、生產的發展密切相關。早在17~18世紀,人們就開始感覺到計量單位及計量制度的混亂對科技和生產發展的影響。1795年,法國科學家創立了以米為基本單位的計量制度(米制),1875年,由17個國家正式簽署了「米制公約」,為米制的傳播和發展奠定了國際基礎,米製成為國際上最早公認的單位制。隨著科技的發展,米制中又派生出許多適於各種科技領域的不同單位制,如厘米、 克、 秒制,米、千克力、秒制,絕對靜電單位制,絕對電磁單位制等。
  各種單位制的並存不僅對國際貿易有阻礙作用,而且也不利於各國之間的科學文化交流,因此,統一單位制已成為世界各國的共同要求。國際計量委員會在1956年將經過21個國家同意的計量單位制草案命名為國際單位制,以國際通用符號SI來表示。1960年第十一屆國際計量大會正式通過了國際單位制。由於國際單位制先進、實用、簡單、科學,並適用於文化教育、科學技術和經濟建設各個領域,故已被世界各國及國際組織廣泛採用。1977年中國明確規定要逐步採用國際單位制,1984年中國頒布的《中華人民共和國法定計量單位》就是以國際單位製為基礎制定的。
  1948年召開的第九屆國際計量大會作出了決定,要求國際計量委員會創立一種簡單而科學的、供所有米制公約組織成員國均能使用的實用單位制。1954年第十屆國際計量大會決定採用米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、開爾文(K)和坎德拉(cd)作為基本單位。1960年第十一屆國際計量大會決定將以這六個單位為基本單位的實用計量單位制命名為「國際單位制」,並規定其符號為「SI」。以後1974年的第十四屆國際計量大會又決定增加將物質的量的單位摩爾(mol)作為基本單位。因此,目前國際單位制共有七個基本單位。
  國際單位制有兩個輔助單位,即弧度和球面度。
  SI導出單位是由SI基本單位按定義式導出的,其數量很多,在這裡列出其中三類:用SI基本單位表示的一部分SI導出單位;具有專門名稱的SI導出單位;用SI輔助單位表示的一部分SI導出單位。
  其中,具有專門名稱的SI導出單位總共有19個。有17個是以傑出科學家的名字命名的,如牛頓、帕斯卡、焦耳等,以紀念他們在本學科領域裡作出的貢獻。同時,為了表示方便,這些導出單位還可以與其他單位組合表示另一些更為複雜的導出單位。
  國際單位制是計量學研究的基礎和核心。特別是七個基本單位的復現、保存和量值傳遞是計量學最根本的研究課題。
  國際單位制基本單位
  單位的名稱 單位名稱 單位符號 長度 米 m 質量 千克 kg 時間 秒 s電流 安[培] A 電壓 伏[特] V電阻 歐[米噶] Ω熱力學溫度 開[爾文] K 發光強度 坎[德拉] cd物質的量 摩[爾] mol

3 單位制 -國際單位制輔助單位

  單位的名稱 單位名稱 單位符號
  平面角 弧度 rad
  立體角 球面度 sr

4 單位制 -國際單位制導出單位

  SI導出單位  
量的名稱 單位名稱 單位符號
  頻率 赫[茲] Hz
  力;重力 牛[頓] N
  壓力,壓強 帕[斯卡] Pa
  能量;功;熱 焦[耳] J
  功率;輻射通量 瓦[特] W
  電荷量 庫[侖] C
  電位;電壓;電動勢 伏[特] V
  電容 法[拉] F
  電阻 歐[姆] Ω
  電導 西[門子] S
  磁通量 韋[伯] Wb
  磁通量密度、磁感應強度 特[斯拉] T
  電感 亨[利] H
  攝氏溫度 攝氏度 ℃
  光通量 流[明] lm
  光照度 勒[克斯] lx
  放射性活度 貝可[勒爾] Bq
  吸收劑量 戈[瑞] Gy
  劑量當量 希[沃特] Sv

5 單位制 -自然單位制

  自然單位制是高能物理和天體物理中常用的一種單位制。在此單位制下,普朗克常數,光速(c)和玻爾茲曼常數(k)被置為無量綱數1。所有的物理量都用一個基本單位(比如能量)來表述。質量和溫度具有和能量相同的量綱,長度和時間則與能量有相反的量綱。

6 單位制 -原子單位制

概述

  原子單位制au)是一套廣泛應用於原子物理學、電磁學與量子電動力學中的單位制,在研究電子的相關性質時,應用得尤為廣泛。有兩套不同的原子單位制:哈特里單位制里德伯單位制。兩者的主要區別在於質量單位與電荷單位的選取。下面主要介紹哈特里單位制,在這種單位制中,根據定義,以下的六個物理學常量的數值均為1。
  電子的兩個性質:靜質量與電荷;氫原子的兩個性質:玻爾半徑與基態電勢能的絕對值;兩個物理常數:約化普朗克常數與庫侖定律中的常數。要注意,天文單位的縮寫也是「au」,不要混淆。基本單位

  





物理量名稱
國際單位制的值普朗克單位制的值
質量電子靜質量
9.109 3826(16)×10 kg10 kg
長度玻爾半徑
5.291 772 108(18)×10 m10 m
電荷基本電荷
1.602 176 53(14)×10 C10 C
角動量約化普朗克常數
1.054 571 68(18)×10 J s(相同)
能量哈特里能量
4.359 744 17(75)×10 J10 J
靜電力常數庫侖常數
8.9875516×10 N*m2/Kg2(相同)
這六個量並不相互獨立,要使得它們的數值全部變為1,只需要令其中任意四個量變為1即可。例如,可以將除了哈特里能量與庫侖常數之外的四個量歸一化,那麼這兩個量也會自然地被歸一化。
  [編輯]部分導出單位部分導出單位

  




物理量
國際單位制的值普朗克單位制的值
時間
2.418 884 326 505(16)×10 s10 s
速度
2.187 691 2633(73)×10 m /s10 m s

8.238 7225(14)×10 N10 N
電流
6.623 617 82(57)×10 A10 A
溫度
3.157 7464(55)×10 K10 K
壓強
2.942 1912(19)×10 N/ m10 Pa
[編輯]與普朗克單位制的對比

  普朗克單位制與原子單位制都是從物理世界的基本屬性出發而產生的,都不具有「人類中心」的特點。上面的兩個表格很好地展示了國際單位制、普朗克單位制與原子單位制在數量級上的差異。總的來說,當原子單位在SI單位制下顯得很「大」時,相應的普朗克單位會顯得很「小」,反之亦然。應該記住的是,原子單位是針對當今宇宙的原子尺度的計算而設計的,而普朗克單位制則適合處理量子引力與研究早期宇宙的物理宇宙學的問題。
  原子單位制與普朗克單位制都將約化普朗克常數與真空電容率歸一化了。除此之外,普朗克單位制還對與廣義相對論和宇宙學密切相關的兩個常數進行了歸一化:萬有引力常數G與真空光速c。用α表示精細結構常數,則在原子單位制下,c的值為α ≈ 137.036。
  相比之下,原子單位制則將電子的質量與電荷歸一化,同樣被歸一化的還有氫原子的玻爾半徑a0。這時,里德伯常量R∞的值就會變為4π/α = 4πc。在原子單位制下,玻爾磁子μB=1/2,而在普朗克單位制下相應的值為e/2me。最後,原子單位制將原子能量單位歸一化,而普朗克單位制則選擇將聯繫能量與溫度的波茲曼常數k歸一化。

7 單位制 -SI基本單位的定義

  長度:米(m)   
1. 1790年5月由法國科學家組成的特別委員會,建議以通過巴黎的地球子午線全長的四千萬分之一作為長度單位——米。
  2. 1960年第十一屆國際計量大會:「米的長度等於氪-86原子的2P10和5d1能級之間躍遷的輻射在真空中波長的1650763.73倍」。
  3. 1983年10月在巴黎召開的第十七屆國際計量大會:「米是1/299792458秒的時間間隔內光在真空中行程的長度」 。
  質量:千克(kg)   
千克定義為國際千克原器的質量。
  時間:秒(s)   
1967年的第13屆國際度量衡會議上通過了一項決議,採納以下定義代替秒的天文定義:一秒為銫-133原子基態兩個超精細能級間躍遷輻射9,192,631,770周所持續的時間。
  國際原子時是根據以上秒的定義的一種國際參照時標,屬國際單位制(SI)。
  電流:安[培](A)   
安培是一恆定電流,若保持在處於真空中相距1米的兩無限長,而圓截面可忽略的平行直導線內,則兩導線之間產生的力在每米長度上等於2×10-7牛頓。該定義在1948年第九屆國際計量大會上得到批准,1960年第十一屆國際計量大會上,安培被正式採用為國際單位制的基本單位之一。 安培是為紀念法國物理學家A.-M.安培而命名的。
  熱力學溫度:開[爾文](K)   
開爾文 英文是 Kelvin ,簡稱開,國際代號K,熱力學溫度的單位。開爾文是國際單位制(SI)中7個基本單位之一,以絕對零度(0K)為最低溫度,規定水的三相點的溫度為 273.15K,1K等於水三相點溫度的1/273.15。熱力學溫度T與人們慣用的攝氏溫度t的關係是T=t+273.15,因為水的冰點溫度近似等於 273.15K,並規定熱力學溫度的單位開(K)與攝氏溫度的單位攝氏度(℃)完全相同。開爾文是為了紀念英國物理學家Lord Kelvin而命名的。
  發光強度:坎[德拉](cd)   
坎德拉是一光源在給定方向上的發光強度,該光源發出頻率為540×1012Hz的單色輻射,而且在此方向上的輻射強度為1/683瓦特每球面度。
  定義中的540×1012赫茲輻射波長約為555nm,它是人眼感覺最靈敏的波長。
  物質的量:摩[爾](mol)  
表示組成物質微粒數目多少的物理量(物質的量是一個專用名詞,不可分割和省略)
  摩爾是物理量物質的量的單位
  根據科學測定,12克12C所含的C原子數為6.0220943×1023 用符號NA表示,稱阿伏加德羅常數
  阿伏加德羅常數(NA ) 近似值 6.02×1023 /mol
  定義:凡是含有阿伏加德羅常數個結構微粒(約6.02×1023)的物質,其物質的量為1摩(爾)。

8 單位制 -SI輔助單位的定義

  平面角:弧度(rad)  
以長為圓周長(2πr)的弧所對的圓心角為2π 弧度,半個圓周長的弧所對的圓心角為弧π度。
  立體角:球面度(sr)  
以r為半徑的球的中心為頂點,展開的立體角所對應的球面表面積為r^2 ,該立體角的大小就是球面度。

9 單位制 -SI導出單位的定義

  頻率:赫[茲](Hz)  
在1秒時間間隔內發生一個周期過程的頻率,即1Hz=1s^-1
  力;重力:牛[頓](N)   
使一千克質量的物體產生1米每二次方秒加速度的力,即1N=1kg·m/s^2
  壓力,壓強:帕[斯卡](Pa)  
等於1牛頓每平方米,即1Pa=1N/m
  能量;功;熱:焦[耳](J)   
當1牛頓力的作用點在力的方向上移動1米距離所作的功,即1J=1N·m
  功率;輻射通量瓦[特]W  
在1秒時間間隔內產生1焦耳能量的功率,即1W=1J/s
  電荷量:庫[侖](C)  
一安培電流在1秒時間間隔內所運送的電量,即1C=1A·s
  電位;電壓;電動勢:伏[特](V)  
流過1安培恆定電流的導線內,如兩點之間所消耗的功率為1瓦特時,這兩點之間的電位差為1伏〔特〕,即1V=1W/A
  電容:法[拉](F)  
當電容器充1庫侖電量時,它的兩極板之間出現1伏特的電位差,即1F=1C/V
  電阻:歐[姆](Ω )
  一導體兩點之間的電阻,當在這兩點間加上1伏特恆定電位差時,在導體內產生1安培電流,而導體內不存在任何電動勢,即1Ω=1V/A
  電導:西[門子](S)
  電導在數值上等於電阻的倒數,即1S=1/Ω
  磁通量:韋[伯](Wb )  
表徵磁場分佈情況的物理量。通過磁場中某處的面元dS的磁通量dΦB定義為該處磁感應強度的大小B與dS在垂直於B方向的投影dScosθ的乘積,即1Wb=1T·m^2
  磁通量密度、磁感應強度:特[斯拉](T)  
垂直於磁場方向的1米長的導線,通過1安培的電流,受到磁場的作用力為1牛頓時,通電導線所在處的磁感應強度就是1特斯拉,即1T=1N/(A·m)
  電感:亨[利](H )  
一閉合迴路的電感,當流過該電路的電流以1安培每秒的速率均勻變化時,在迴路中產生1伏特的電動勢,即1H=1V·s/A
  攝氏溫度:攝氏度(℃)  在標準大氣壓下
沸點定為一百度,冰點定為零度,其間分成一百等分,一等分為一度,即1℃=(1+273.15) K
  光通量:流[明](lm)  
發光強度為1坎德拉(cd)的點光源,在單位立體角(1球面度)內發出的光通量為1流明,即1lm=1cd/sr
  光照度:勒[克斯](lx)  
1流明的光通量均勻分佈在1平方米面積上的照度,就是一勒克斯,即1lx=1lm/m^2
  放射性活度:貝可[勒爾](Bq)  
等於1每秒的活度,即1Bq=1s^-1
  吸收劑量:戈[瑞](Gy)  
等於1焦耳每千克的吸收劑量,即1Gy=1J/kg
  劑量當量:希[沃特](Sv)  
等於1焦耳每千克的劑量當量,即1Sv=1J/kg

10 單位制 -力學量的單位

  
力學量MKS制CGS制工程制
長度m(米)cm(厘米)m(米)
質量kg(千克)g(克)kgf·s²/m
時間s(秒)s(秒)s(秒)
速度m/s(米/秒)cm/s(厘米/秒)m/s(米/秒)
加速度m/s²(米/秒²)cm/s²(厘米/秒²)m/s²(米/秒²)
1kg·m/s²=1N(牛)1g·cm/s²=1dyn(達因)kgf(千克力)
動量kg·m/s(千克·米/秒)g·cm/s(克·厘米/秒)kgf·s(千克力·秒)
衝量N·s(牛·秒)dyn·s(達因·秒)kgf·s(千克力·秒)
功,能1N·m=1J(焦)1dyn·s=1erg(爾格)kgf·m(千克力·米)
表中工程制力的單位定義為1kgf=9.80665N(相當於在地球緯度45°的海平面上千克原器所受的重力)。
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